Pesquisadores que participam do Projeto Cérebro Humano identificaram uma regra matemática que rege a distribuição dos neurônios em nossos cérebros.
A regra prevê como os neurônios são distribuídos em diferentes partes do cérebro e pode ajudar os cientistas a criar modelos precisos para entender como o cérebro funciona e desenvolver novos tratamentos para doenças neurológicas.
No maravilhoso mundo da estatística, se você considerar qualquer variável aleatória contínua, o logaritmo dessa variável geralmente seguirá o que é conhecido como distribuição lognormal. Definida pela média e desvio padrão, ela pode ser visualizada como uma curva em forma de sino, apenas com a curva sendo mais larga do que você encontraria em uma distribuição normal.
Uma equipe de pesquisadores do Centro de Pesquisa Jülich e da Universidade de Colônia, na Alemanha, descobriu que o número de neurônios em áreas da camada externa do tecido neural em diferentes mamíferos se ajusta a uma distribuição lognormal.
Deixando a matemática de lado, uma distinção simples e importante é a simetria da curva em sino da distribuição normal e a assimetria e a pesada cauda inclinada para a direita da distribuição lognormal, devido a um grande número de valores pequenos e alguns valores significativamente grandes.
O tamanho da população de um país é frequentemente distribuído de forma lognormal, com algumas cidades muito grandes e muitas vilas e vilas pequenas.
A estrutura e a função do cérebro dependem do número e da disposição dos neurônios. A densidade de neurônios em diferentes regiões e camadas dessa camada externa de tecido – o córtex cerebral – varia consideravelmente.
“A distribuição das densidades dos neurônios influencia a conectividade da rede”, diz o neurocientista Sacha van Albada, do Centro de Pesquisa Jülich.
“Por exemplo, se a densidade de sinapses for constante, regiões com menor densidade de neurônios receberão mais sinapses por neurônio”.
As distribuições estatísticas das densidades neuronais ainda são em grande parte desconhecidas, embora a investigação tenha certamente nos proporcionado descobertas fascinantes sobre os tecidos celulares do nosso cérebro.
Para conduzir sua pesquisa, a equipe usou nove conjuntos de dados de código aberto cobrindo sete espécies diferentes: camundongo, sagui, macaco, galago, macaco-coruja, babuíno e humano. Quando as densidades de neurônios em diferentes regiões do córtex foram comparadas, surgiu um padrão comum de distribuição lognormal.
“Nossos resultados estão de acordo com a observação de que surpreendentemente muitas características do cérebro seguem distribuições lognormais”, escrevem os autores em seu artigo.
Uma distribuição lognormal é um resultado natural de processos que se multiplicam, assim como a distribuição normal é um resultado natural da soma de muitas variáveis independentes.
“Uma razão pela qual pode ser muito comum na natureza é porque surge quando se considera o produto de muitas variáveis independentes”, diz Alexander van Meegen, que co-liderou a investigação como parte do seu doutoramento em neurociência computacional no Centro de Investigação Jülich.
Os pesquisadores dizem que a forma como o córtex está estruturado pode ser um subproduto do desenvolvimento ou da evolução que não tem nada a ver com computação.
Mas pesquisas anteriores sugerem que a variação da rede neural cerebral é mais do que apenas um subproduto e pode ajudar ativamente os animais a aprenderem em ambientes em mudança. E o fato de a mesma organização poder ser observada em espécies diferentes e na maior parte do córtex sugere que a distribuição lognormal é utilizada para alguma coisa.
“Não podemos ter certeza de como a distribuição lognormal das densidades dos neurônios influenciará a função cerebral, mas provavelmente estará associada à alta heterogeneidade da rede, o que pode ser computacionalmente benéfico”, explica o co-autor principal Aitor Morales-Gregorio, neurocientista computacional do Centro de Pesquisa Jülich.
Os cientistas esperam que esta descoberta esclareça como o cérebro armazena e recupera informações, bem como como adquire novos conhecimentos. Na busca contínua para encontrar tratamentos eficazes para doenças cerebrais, isso pode abrir caminho para a criação de novos medicamentos direcionados a regiões específicas do cérebro.
O esforço de dez anos do Projeto Cérebro Humano para estabelecer uma infraestrutura de pesquisa compartilhada para impulsionar a neurociência, a computação e a medicina relacionada ao cérebro está chegando ao fim e nos proporcionou algumas descobertas interessantes ao longo do caminho.
O estudo foi publicado no Cerebral Cortex.
Publicado no ScienceAlert
